لماذا قد يظل الهيدروجين وقود المستقبل

يُنظر إلى الهيدروجين منذ زمن طويل بوصفه وقودًا محتملًا للمستقبل. ويمكنه أن يحل محل الوقود الأحفوري في بعض الاستخدامات، سواء في خلايا الوقود أو محركات احتراق داخلي مصممة لهذا الغرض. وتعتمد الفائدة المناخية أيضًا على طريقة إنتاجه ونقله. وقد توسع البحوث المتعلقة بالهيدروجين الطبيعي والإنتاج البيولوجي في حقول النفط المستنزفة خيارات الإمداد مستقبلًا.

شركات تطور تقنيات الهيدروجين

تطور الشركات التالية خلايا وقود الهيدروجين وتقنيات الإنتاج والدفع المرتبطة بها. وتعمل Cummins كذلك على محركات احتراق داخلي تستخدم الهيدروجين.

Cummins Inc. (NYSE: CMI)

تأسست Cummins Inc. (CMI ) في 1919، ويقع مقرها في كولومبوس بولاية إنديانا. وهي مورد دولي لأنظمة الدفع والطاقة. وتصمم محركات الديزل والوقود البديل، وأنظمة الدفع الكهربائية والهجينة، والمكونات المرتبطة بها، وتصنعها وتبيعها وتصونها. وفي 2023 كانت تضم قطاعات Engine وDistribution وComponents وPower Systems وAccelera، الذي كان يُعرف سابقًا باسم New Power.

وسعت Cummins نشاطها في تقنيات الطاقة الأكثر استدامة، مع اهتمام خاص بالهيدروجين. وفي مارس 2023 أصبح قطاع New Power يحمل العلامة Accelera by Cummins، ويركز على أنظمة الدفع الكهربائية والبطاريات وخلايا الوقود وأجهزة التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين.

كان الاستحواذ على Hydrogenics Corporation في 2019 خطوة مهمة عززت تقنيات Cummins وخبرتها في خلايا الوقود وإنتاج الهيدروجين.

من خلال الشراكات الاستراتيجية والاستثمارات، تعزز Cummins موقعها في اقتصاد الهيدروجين. وتستفيد من خبرتها في أنظمة الدفع والطاقة والمكونات لدعم استخدامات أكثر استدامة وخفض الانبعاثات.

القيمة السوقية في التحليل الأصلي: 34.34 مليار دولار

نسبة السعر إلى الأرباح (P/E): 13.73

ربحية السهم (EPS): 17.74 دولار

هذه هي أرقام Cummins (CMI) الواردة في المقال الأصلي لعام 2023. ووصف التحليل الرأي السائد للمحللين آنذاك بأنه توصية بالشراء.

Plug Power Inc. (NASDAQ: PLUG)

تأسست Plug Power Inc. (PLUG ) في 1997، ويقع مقرها في لاثام بولاية نيويورك. وتطور تقنيات خلايا وقود الهيدروجين. وتصمم وتصنع وتسوق أنظمة توفر الكهرباء للمحركات الكهربائية، ومنها المستخدمة في المركبات والمعدات اللوجستية.

يمكن لأنظمة Plug Power أن تحل محل البطاريات التقليدية في المعدات الكهربائية، مثل الرافعات الشوكية بالمستودعات ومراكز التوزيع. وتشمل منتجاتها GenDrive، وهو نظام خلية وقود PEM يعمل بالهيدروجين لمركبات مناولة المواد.

وسعت Plug Power نشاطها أيضًا إلى أنظمة الطاقة الثابتة وأساطيل مركبات التوصيل واستخدامات محتملة في الطيران. وعزز الاستحواذ على United Hydrogen وGiner ELX في 2020 قدراتها في إنتاج الهيدروجين والتحليل الكهربائي والتسييل والتوزيع.

تندرج هذه الأنشطة ضمن توجه Plug Power نحو تقنيات الهيدروجين وأنظمة طاقة أكثر استدامة.

القيمة السوقية في التحليل الأصلي: 7.09 مليار دولار

نسبة السعر إلى الأرباح المتوقعة لسنة واحدة، كما وردت في المقال الأصلي: −12.14

ربحية السهم (EPS): −1.33 دولار

هذه هي أرقام Plug Power (PLUG) الواردة في المقال الأصلي لعام 2023. ووصف التحليل الرأي السائد للمحللين آنذاك بأنه توصية قوية بالشراء.

ما هو الهيدروجين؟

الهيدروجين أبسط العناصر وأكثرها وفرة في الكون. وتحتوي ذرته المتعادلة على بروتون واحد وإلكترون واحد. وفي الظروف المعتادة يتكون غازه من جزيئات تضم ذرتين، H₂، وهو عديم اللون والرائحة والطعم.

يمكن للهيدروجين تكوين روابط مع عناصر أخرى أو مع ذرة هيدروجين ثانية. وفي H₂ تشترك الذرتان في زوج إلكترونات. ويمكن أن ينتج الماء، H₂O، عن التفاعل مع الأكسجين. وتجعل الطاقة المنطلقة الهيدروجين مفيدًا كوقود. لكن الهيدروجين الجزيئي لا يتفاعل تلقائيًا وبسرعة مع الهواء عند درجة حرارة المحيط؛ فقد يلزم مصدر اشتعال أو حفاز مناسب.

يُستخدم الهيدروجين في قطاعات صناعية عديدة، ويمكنه أن يعمل ناقلًا للطاقة. وتنتج خلية الوقود التي تستخدم هيدروجينًا نقيًا الكهرباء، مع الماء والحرارة بوصفهما ناتجين مباشرين للتفاعل.

كيف يُستخدم الهيدروجين كوقود؟

يمكن استخدام الهيدروجين كوقود بعدة طرق:

1. خلايا الوقود: ينتج التفاعل الكهروكيميائي بين الهيدروجين والأكسجين الكهرباء، مع الماء والحرارة كناتجين مباشرين. وتمتد الاستخدامات من إمداد المباني بالكهرباء إلى تشغيل المركبات الكهربائية.
2. محركات الاحتراق الداخلي: يمكن للمحركات المصممة لهذا الغرض حرق الهيدروجين. وهذا يختلف عن خلية الوقود التي تولد الكهرباء لمحرك كهربائي. وتعتمد الكفاءة على التصميم والحمل، وقد تكون خلايا الوقود أكثر كفاءة في استخدامات كثيرة. ويمكن للاحتراق مع الهواء أن ينتج أكاسيد النيتروجين.
3. توليد الكهرباء: يمكن حرق الهيدروجين في توربين غازي مناسب لتوليد الكهرباء. ويتطلب ذلك أنظمة ملائمة وضبط الاحتراق وانبعاثات أكاسيد النيتروجين.
4. تخزين الطاقة: يمكن استخدام فائض الكهرباء المتجددة، مثل طاقة الرياح والشمس، لإنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي. ثم يُخزن الغاز ويُستخدم عندما يكون الطلب مرتفعًا أو الإنتاج المتجدد منخفضًا. وينطوي التحويل والتخزين والاستخدام اللاحق على فقد للطاقة.

الميزة الرئيسية عند نقطة الاستخدام أن الهيدروجين النقي لا يحتوي على كربون، فلا ينتج تفاعله مع الأكسجين CO₂ من الوقود نفسه. وتتجنب خلية الوقود كذلك انبعاثات الاحتراق. لكن الأثر المناخي الكلي يعتمد على الإنتاج واستهلاك الطاقة والنقل والتسربات المحتملة؛ ولا تصبح سلسلة الإمداد كاملة خالية من الانبعاثات تلقائيًا.

لماذا يهم الهيدروجين كوقود؟

قد يكون استخدام الهيدروجين كوقود مهمًا لعدة أسباب:

1. الأثر البيئي: تنتج خلايا وقود الهيدروجين النقي محليًا الماء والحرارة بدلًا من غازات الاحتراق. وإذا كان الإنتاج وسلسلة الإمداد منخفضي الانبعاثات أيضًا، فقد تسهم في تقليل إجمالي انبعاثات غازات الدفيئة.
2. أمن الطاقة: يمكن إنتاج الهيدروجين من مواد خام مختلفة، منها الماء والغاز الطبيعي والكتلة الحيوية، مما يوسع خيارات الإمداد. ويظل الإنتاج من الغاز الطبيعي معتمدًا على مادة خام أحفورية، وتتوقف حصيلته المناخية على العملية المستخدمة.
3. تنوع الاستخدامات: يمكن استخدام الهيدروجين في النقل والحرارة الصناعية وتوليد الكهرباء. ولا تتساوى جميع الاستخدامات في الكفاءة أو الجدوى الاقتصادية، لكن هذا التنوع قد يكون مفيدًا في نظام طاقة مستدام.

توجد تحديات أيضًا. فقد يحتاج الإنتاج إلى طاقة كبيرة، بينما يتطلب التخزين والنقل تقنيات معقدة وبنية تحتية. لذلك ينبغي تقييم التكلفة والكفاءة والانبعاثات على امتداد السلسلة. ومع ذلك، تجعل إمكانات الهيدروجين منه مجالًا مهمًا للبحث والتطوير في التحول الطاقي.

مصادر الهيدروجين

يوجد الهيدروجين على الأرض أساسًا مرتبطًا بمركبات مثل الماء والهيدروكربونات. لذلك يُنتج عادة، مثلًا بالتحليل الكهربائي أو تحويل الغاز الطبيعي. وتشير دراسة التراكمات الطبيعية إلى إمكان وجود مصادر جيولوجية أيضًا. ولا يعني وجودها أنها قابلة للاستغلال الاقتصادي في كل موقع.

الإنتاج البيولوجي في حقول النفط المستنزفة

حُفرت آبار نفط كثيرة حول العالم منذ القرن التاسع عشر. وحتى عندما تصبح عملية الاستخراج غير مجدية اقتصاديًا، قد يبقى نفط في الخزان. ويدرس باحثون وشركات استخدامات جديدة لهذه المواقع، منها إنتاج الهيدروجين بيولوجيًا.

وصفت Cemvita، التي كانت تُعرف آنذاك باسم Cemvita Factory، في 2022 تجارب تستخدم فيها كائنات دقيقة الهيدروكربونات المتبقية في حقول النفط المستنزفة لإنتاج الهيدروجين. ويجري التحويل البيولوجي عبر عمليات إنزيمية داخل هذه الكائنات. وتستخدم الشركة العلامة «Gold Hydrogen» لهذه الطريقة.

التراكمات الطبيعية للهيدروجين

إلى جانب الإنتاج البيولوجي في حقول النفط، تُدرس مصادر جيولوجية طبيعية. وشهدت السنوات الأخيرة اكتشافات للهيدروجين تحت الأرض ومؤشرات على احتمال وجود تراكمات طبيعية للهيدروجين. ومن البلدان التي أُبلغ فيها عن هذه الظواهر أو دُرست فيها:

• أستراليا
• كندا
• فرنسا
• ألمانيا
• اليابان
• روسيا
• نيوزيلندا

لا يزال الباحثون يدرسون كيفية تكون الهيدروجين، وكمياته، والجزء القابل للاستخراج، والآثار البيئية المحتملة للتنقيب والإنتاج. ووجود الغاز لا يساوي احتياطيًا تجاريًا مثبتًا. وقد توسع المصادر الجيولوجية الإمداد، لكن مساهمتها تحتاج إلى مزيد من البحث.

الخلاصة

يبقى الهيدروجين خيارًا واعدًا لتقليل استخدام الوقود الأحفوري في بعض التطبيقات. وقد تتيح المصادر الطبيعية والإنتاج البيولوجي في حقول النفط كميات جديدة مستقبلًا. وإذا ثبتت جدوى هذه الأساليب تقنيًا واقتصاديًا وبيئيًا، فقد تحسن التكلفة والتوافر، وتدعم كذلك التطبيقات التي تطورها شركات مثل Cummins وPlug Power.